客座文章：关于去中心化物理基础设施网络（DePIN）

作者：Wang Puyu 与 Zou Chuanwei，来自 Hashkey Tokenisation，由 IoTeX 的 Andrew Law 翻译

如果我们能够以极低的成本购买标准化的小型设备（比如无线路由器），并且这些设备可以与附近的同类设备（甚至是不同国家和地区的人购买的设备）进行通信和组网，从而形成庞大的物理基础设施网络（如存储、通信、数据网络等），会怎样？这将给行业带来什么样的变化？通过一台标准化的小型设备，任何人都可以成为网络的共同建设者，同时也拥有该网络的收益权和治理权。而对于用户来说，他们可以随时随地无需许可地以极低成本使用这些网络或数据服务。用户对网络或数据服务的高频使用，也能持续为网络建设者带来被动收入。在没有中心化机构进行组织和协调、也没有复杂审批流程的情况下，一个庞大的、由人们共同拥有的基础设施网络便建立起来了。这看似难以实现，却正在我们周围迅速发生。这种新型经济活动有一个新名词——去中心化物理基础设施网络（DePIN）。

一、什么是 DePIN？

DePIN 是在 PoPW（物理工作量证明）、MachineFi 等概念基础上衍生出的一个新的 Web3 术语。DePIN（去中心化物理基础设施网络）是指利用代币经济学来激励和协调社区成员自发建设各类物理基础设施网络，遵循“贡献越多，奖励越多”的原则。

了解更多：什么是去中心化物理基础设施网络（DePIN）？

Messari 将 DePIN 行业分为两大板块：1）物理资源网络，包括无线、地理空间、移动出行和能源网络；2）数字资源网络，包括存储、计算和带宽网络。

二、为什么是 DePIN？

在构建数字基础设施的过程中，DePIN 充分利用了加密货币在分布式组织方面的优势，采用自下而上、低成本且高效的组织方式来实现网络的快速扩张，克服了传统自上而下方式所固有的高支出、低效率的问题。

1. 传统的中心化物理基础设施网络（CePIN）

基础设施网络的建设通常需要高昂的成本和多年的时间。例如，从2017年到2021年底，中国累计建成并开通了142.5万个5G基站，耗资1849亿元人民币。

1. 去中心化物理基础设施网络（DePIN）

Helium 仅用31个月时间，就以分布式方式部署了83.3万个小型基站（热点），覆盖175个国家，并保持每月新增3万个热点的增长速度。与 CePIN 相比，DePIN 的初期建设成本几乎可以忽略不计。

暂且不论 Helium 的商业模式是否成功，其在过去3年中以几乎可以忽略不计的运营成本，保持每月新增3万个热点的持续增长速度，已经证明了 DePIN 这一模式的可行性。

三、如何部署一个 DePIN？

我们将从两个方面——DePIN 生态系统的组成要素以及经济模型——进一步探讨如何部署一个 DePIN。

DePIN 经济的基本组成部分

DePIN 生态系统的六大基本组成部分包括：物理硬件、激励机制、共识协议、贡献者、代币以及 DAO 社区。

A. 物理硬件

物理硬件可以被定义为DePIN单元(DePIN Unit,简称DU),它通常是一种在DePIN网络中将物理世界与数字世界连接起来的物联网设备。以市场上增长较快的项目为例,分布式街景地图项目Hivemapper的DU是一款标准化行车记录仪,LoraWAN网络项目Helium的DU是一个网络矿机(热点),可再生能源网络项目Arkreen的DU则是一块太阳能光伏板。为了确保来自不同地区、不同背景、不同共识的贡献者能够无阻力地参与到分布式组织下的DePIN建设中,DU需要尽可能满足以下条件:

• DU应当标准化并且即插即用
• 贡献者不应需要频繁维护DU
• DU成本应与网络规模成反比,因此DU成本应尽可能降低。目前不同项目的DU价格被控制在200-500美元之间。

B. 激励机制

激励机制是DePIN项目快速增长的关键。项目需要将激励机制与贡献者的行为目标对齐,从而实现可扩展的基础设施网络发展。此外,项目首先需要根据基础设施类型,为基础设施的可扩展发展制定适当的奖励标准。例如,为了扩大网络覆盖范围,Helium在网络覆盖密度较低地区的奖励高于覆盖密度较高的地区。为防止不当行为,在覆盖密度过低的地区也无法获得奖励。因此,为了获得更高回报,理性的矿工通常会选择在密度适中的地区部署Helium矿机。同样地,Arkreen根据发电能力激励贡献者,因此理性的贡献者会在理想的光照地点安装矿机。总体而言,激励机制的设计需要遵循以下原则:

• 项目应有明确的总体目标和子目标。总体目标只能有一个,但子目标可以有多个。然而每增加一个子目标,理解项目的难度都会呈指数级增加。
• 不同的贡献者应有明确的行为奖励标准(X to Earn)。贡献者类型不宜过多,每增加一种X to Earn都会增加系统的复杂性。
• 分发数量的设计应基于市场总流通量制定相应规则,以避免代币过度发行导致价格下跌。

C. 共识机制

CePIN是在中心化机构的绝对控制下部署和发展的。但DePIN是分布式、无需信任且匿名的,没有中心化机构进行组织和协调,因此需要共识机制来帮助所有参与者达成共识,并确保网络的安全性和可持续性。我们所说的网络安全性和可持续性包含两个层面。第一层是由不同设备互联形成的基础设施网络的安全性和可持续性,即设备能否形成基础设施网络并确保其安全正常运行。这属于项目方在启动DePIN项目之前需要充分评估的技术问题。第二层指的是区块链经济活动层面的网络安全性和可持续性,包括验证物理世界DU的真实性以及链上DU数据的可靠性。如图3所示,区块链上的经济活动数据只能在上链后保证不可篡改性,但无法保证链上数据的真实性。例如,如果设备端数据在上链之前被篡改和伪造,那么该数据在上链后只能保证不会再次被篡改,但无法保证数据本身是真实的。因此,我们需要验证者的角色,在设备数据上链之前验证数据的真实性。只有获得所有贡献者认可的数据才能上链,以确保生态系统的可持续性。

此处对共识机制的讨论仅限于第二个层面，即区块链经济活动层面的网络安全性与可持续性，包含两个方面：其一，链上记账的公平性与准确性，这是去中心化协作的基础和生命线；其二，网络上各类节点或数据的真实性，以防止不法分子通过篡改节点位置或发送虚假数据来骗取生态奖励。前者是项目方在筹备搭建自有区块链时需要考虑的问题，例如采用PoW还是PoS共识。后者则是所有DePIN项目方在技术和算法层面设计共识机制时都需要考虑的问题。例如，Arkreen项目采用了绿色能源发电证明（PoGG）共识机制，其大致流程如下：首先，所有DU每5分钟对PoGG数据进行一次采样并在本地缓存，每小时向Arkreen网络上报12条记录。其次，在上一个奖励周期结束后，Arkreen网络使用VRF（可验证随机函数）方法生成一个随机值，结合当前周期的DU属性，筛选出在本周期内有机会获得奖励的矿工。接下来，Arkreen网络对PoGG数据的可信度进行验证，剔除被判定为伪造数据的DU。最后，根据符合条件的DU的权重对本周期的奖励进行分配。通过上述PoGG方法，Arkreen确保了网络数据的真实性与可靠性。总体而言，DePIN共识机制的设计需要遵循以下原则：

• DePIN共识机制设计遵循物理工作量证明（Proof of Physical Work）原则
• Proof（证明）是共识方式，Physical Work（物理工作量）是共识对象，例如Helium的物理工作量是覆盖范围（Coverage），Filecoin的物理工作量是复制证明与时空证明（Replication and Spacetime）
• 为实现系统的自组织并维持系统的可持续性，DePIN项目所需的物理工作量需要被反复验证
• 证明的设计不存在最优解，需要从技术和算法层面进行设计，验证物理工作量的方法需要经过长期的迭代与验证
• 所有共识规则均嵌入在DU芯片中，共识过程在无需DU所有者进行任何操作的情况下自动完成，但共识过程的真实性与可靠性可由任何人进行验证。

D. 贡献者

贡献者通常可分为以下六类：

• DePIN项目发起人：DePIN通常由一个机构或若干人作为项目发起人。他们负责早期DU技术开发、系统开发、链上合约部署、DePIN社区建设等工作。在代币分配中，DePIN项目发起人会保留一定比例的代币作为奖励。
• DU所有者：DU是通过社区指定渠道购买的标准化小型设备。DU所有者也被称为矿工。根据共同目标，DU所有者目前可以在收益较高的地点安装设备以参与网络建设，这一过程被称为DePIN挖矿。
• DU真实性验证者：在无需信任的环境中，确保不同矿工持有的设备按照系统规则正常运行是非常重要的。这对物理基础设施网络的稳定性具有十分重要的影响。仅仅将设备数据上链只能保证数据上链后不可篡改，却无法保证链上数据的真实性。因此，需要验证者这一角色按照特定规则参与验证设备数据的真实性。只有获得所有贡献者认可的数据才能被上链，以确保生态系统的可持续发展。
• 社区治理者：在去中心化协作下的治理中，公平、公开与透明非常重要。为防止治理不当行为，治理者通常需要抵押一定数量的代币。治理权与质押的代币数量及质押时长相关，从而实现治理者利益与生态系统之间的强绑定关系。
• 项目投资者：与传统企业一样，在代币发行之前的早期阶段，项目在技术和业务方面的支出仍然依赖外部投资机构的支持。投资机构通常通过项目发起人的股权或项目代币分配获得回报。就股权而言，投资机构需要在项目发起人首次公开募股（IPO）后退出，或者项目方通过未来收益或股权代币化，以STO发行的方式实现退出。就项目代币分配而言，代币通常在2-4年内线性解锁。
• 其他：项目方通常会保留3-5%的代币用于奖励生态系统顾问，或奖励发现系统技术漏洞的机构或个人。贡献者类型可能因项目类型不同而有所差异。

E. 代币

如果说共识是链上项目的基石，那么代币就是经济系统的血液。从Web3项目构想、技术开发，到后期的运营、生态发展、社区等，所有的价值都将体现在代币上。用萧风博士的“代币三代论”模型来理解DePIN项目——NFT是DU的数字凭证，实用型代币代表DePIN的使用权，证券型代币代表实体（创始机构、DU制造商或其他方）的权益。DePIN项目中通常使用一到两种实用型代币来捕获生态价值，具有以下特点：

• 代币通常通过奖励或空投的方式免费发放给贡献者。
• 代币的发行速率需要与整体经济活动的增长速率相匹配。
• 代币在生态系统中被用作支付工具或治理凭证。
• 代币通过交易手续费、创始团队回购等方式回流。部分回流代币按规则销毁，使总供应量持续减少，从而实现经济系统处于通缩状态。
• 代币所捕获的价值来源于现实世界资产（RWA）。价格会因高频的二级市场交易而波动。为了让参与者专注于经济活动本身，代币的资产功能和货币功能通常会被分离，以隔离价格波动对市场应用端的影响。一种典型的做法是锚定美元稳定币用于支付，而此类稳定币只能通过销毁具有资产功能的实用型代币来获得。

F. DAO社区

在去中心化自组织的DAO模式下，任何人都可以随时就DePIN项目的发展发起各种提案，或参与对各类事项的决策投票。为防止治理攻击，参与提案或投票的治理者通常与DePIN项目强绑定。也就是说，任何导致损失的负面治理都需要由治理者承担。一种典型的做法是根据质押的实用型代币数量和期限来确定治理者的权利。DePIN DAO社区通常需要治理以下事项：

• 合格DU供应商名单的投票
• DePIN技术实施方案的提案与投票
• 影响DePIN经济模型参数的提案与投票
• 经济模型迭代的提案与投票

经济模型

在互联网平台经济中，人们习惯于讨论商业模式，却很少讨论经济模型。有人甚至将商业模式和经济模型这两个概念混为一谈。然而在Web3经济系统中，我们可以看到这两个概念之间的本质区别，因为每个Web3项目都有自己的货币系统。在Web3项目中，商业模式描述的是一个项目如何创造、传递和捕获价值，而经济模型描述的是代币本身的供需模型和货币政策模型。Web3的经济模型和商业模式并非彼此独立，因为经济模型需要商业模式来承载，而商业模式则决定了如何调节经济模型。本体（Ontology）首席经济学家邹传伟博士将经济模型的设计分为以下几个步骤：

• 思考经济故事
• 提炼经济模型的“骨架”
• 确定代币化的对象和使用场景，包括支付工具
• 确定公共物品的融资机制
• 在去中心化、无需信任的环境中制定各参与方的激励机制
• 确定价值捕获的有效性
• 选择代币的二级市场并评估其影响
• 完善经济模型的细节，并根据用户需求和风险控制持续迭代。在设计DePIN经济模型时，以下9个问题有助于项目方和专业人士思考如何设计经济模型：
• 项目的路线图是什么？
• 网络中支持流通的商品是什么？
• 相关商品的供给方和需求方分别是谁？他们各自实现收益最大化的目标是什么？
• 代币在商品流通中扮演什么角色？
• 代币是如何发行的？如何体现实物工作量证明（Proof of Physical Work）原则？
• 代币的用途是什么？又是如何回流的？
• 如何激励早期贡献者？
• 希望通过DAO实现哪些目的？
• 网络中存在哪些不稳定因素？

四、总结

DePIN通过代币，以现实世界资产（RWA）的形式捕获物理基础设施的价值。它以自下而上、自组织的方式，通过经济机制吸引用户，并充分发挥分布式经济的规模效应。相比之下，DePIN仍处于非常早期的阶段，其商业模式和经济模型预计将快速演进。尽管DePIN向我们展示了诸多可能性，但它并非万能。通过研究Helium和Filecoin等早期项目，我们可以发现，现有的商业模式和技术壁垒仍有待克服的挑战，并非所有场景都适用。总结如下：

1. DePIN适用于单一基础设施场景,避免多场景迭代,即避免“两头兼顾”。由于DePIN涉及实体设备之间的交互,项目目标和参与规则应尽可能简化,以降低理解门槛,避免因规则复杂而导致理解出现偏差,避免贡献者的行为与项目整体目标背道而驰的情况。
2. 如果实体基础设施网络的构建中涉及人工管理和运营的环节,则DePIN模式不适用。从供应链四流(商流、物流、资金流、信息流)的角度来看,只有DU买卖环节中的物流部分可以在链上完成,以减少构建分布式实体基础设施网络的摩擦。每增加一项链下活动,就意味着需要以中心化方式解决DePIN经济活动中的某些摩擦,这可能会削弱分布式商业的规模经济效应。
3. 在项目发展初期,很难展现分布式经济的规模经济效应。只有当网络超过某个阈值(称为“临界规模”)时,才能展现分布式组织在规模扩张和价值创造方面的优势。如图4所示,只有在达到临界规模(两条线的第二个交点)后,分布式组织在规模扩张和价值创造方面的优势才能得以实现。因此,在达到临界规模之前,DePIN项目仍需依靠核心团队部署DePIN节点,并以弱中心化的方式推广网络。达到临界规模后,核心团队通常会向社区过渡,网络治理也随之交由社区治理,以分布式的方式实现增长,从而增强网络效应。

此外,目前DePIN的发展仍局限于网络建设阶段,尚未在需求侧实现普遍应用。未来,DePIN项目在推进需求侧发展的过程中将遇到哪些问题和瓶颈,DePIN生态系统的商业与经济闭环才能真正打通,这一点仍有待观察。

来源:Foresight News

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